선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 앞서 실행한 연구결과를 토대로 사파이어 기판 위에 반응성 RF 스퍼터링법을 이용하여 사파이어 기판 위에 A1N 박막을 증착하고 그 위에 2-단자 SAW 필터를 제조하여 SAW 소자 특성에 대하여 고찰하였다.[15]
제안 방법
- 2-port SAW filter를 AIN 박막 위에 구현하기 위하여 표 1과 같은 규격을 가지는 포토마스크를 제작하여 2단자 SAW filter를 제작하였다. 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박막 위에 제작한 SAW 소자 결과를 예측하기 위해서 COM(Coupling of Mode) 이론을 분석한 시뮬레이션을 수행하였다.
- 5, 증착 압력은 2[mTorr] 로 고정하고 증 착시간을 9시간, 18시간, 72시간으로 변화시키면서 A1N 박막을 증착하였다. AFM(Atomic Force Microscopy), SEM (Scanning Electron Microscope), XRD(X-ray diffracto- merer) 등을 이용하여 AIN 박막의 우선배향특성, 표면 거칠기 및 두께 등의 물성 변화를 분석하였으며 이러한 A1N 박막들을 이용하여 제 작한 SAW 소자의 특성 변화를 측정하였다. 박막을 증착하기 전에 알루미늄 타겟 표면의 불순물 과 산화막을 제거하기 위해 150[W]의 RF 전원을 가하여 타겟을 약 10분간 예비 스퍼터링을 시켰다.
- 이러한 삽입 손실 특성을 개선하기 위해서는 전기기계 결합 계수 를 크게 해주어야 하며 A1N 박막의 두께를 증가시키면 전 기기계 결합 계수를 증가시킬 수 있고 삽입 손실을 감소시킬 수 있다.[17] 이를 확인하기 위해 박막의 두께를 증가시키면서 2-단자 SAW 필터를 제작하여 결과를 측정 분석하였다. 그림 5는 증착시간을 9시간 및 18시간 한 경우에 있어서의 A1N 박막의 단면형상을 보여주고 있다.
- AFM(Atomic Force Microscopy), SEM (Scanning Electron Microscope), XRD(X-ray diffracto- merer) 등을 이용하여 AIN 박막의 우선배향특성, 표면 거칠기 및 두께 등의 물성 변화를 분석하였으며 이러한 A1N 박막들을 이용하여 제 작한 SAW 소자의 특성 변화를 측정하였다. 박막을 증착하기 전에 알루미늄 타겟 표면의 불순물 과 산화막을 제거하기 위해 150[W]의 RF 전원을 가하여 타겟을 약 10분간 예비 스퍼터링을 시켰다.
- 박막의 두께에 의하여 표면 거칠기 특성이 나빠지는 것을 확인하기 위하여 사파이어 기판 위에 A1N 박막을 72시간 증착하여 18[㎛]의 두께를 형성한 후 AFM 측정을 수행하였다. 그림 8에 72시간 증착한 A1N 박막의 AFM 형상을 보여주고 있으며 구해진 표면 거칠기의 RMS 값은 약 45[nm] 였다.
- 본 연구를 위하여 앞에서 나타낸 증착 조건에서 증착 시간을 9시간으로 하여 A1N 박막을 증착하였으며 제작된 A1N 박막의 특성을 그림 1과 그림 2에 나타내었다. 그림 1에서 보이는 바와 같이 본 연구에서 제작된 A1N 박막은(002) 방향의 c-축 우선 배향 특성이 우수하였으며 표면 거칠기는 5 #의 영역에서 3.
- 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박막을 이용하여 SAW 소자를 제작하기 위해 진공증발 증착장치(한국진공, 대한민국)를 이용하여 두께 2000IA] 의 A1 을 증착하고 사진 식각 공정을 이용하여 10[㎛]의 배선폭과 40[㎛]의 SAW 파장을 가지는 IDT를 제작하였다. 제작된 SAW 소자는 회로망 분석기 E8802A(Agilent, USA)를 이용하여 특성을 분석하였다.
- 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박막의 SAW 속도와 실리콘 기판 위에 증착한 A1N 박막의 SAW 속도를 비교하기 위해서 실리콘 기판 위에 9시간 동안 약 2[㎛] 두께의 A1N 을 증착한 후 SAW 소자를 제작하고 특성을 분석하였으며 그 결과를 그림 7에 나타내었다. 실리콘 기판과 A1N 박막 사이에는 약 80[nm] 의 AI2O3 박막을 중간층으로 증착하였다.
- 본 연구에서는 RF 마그네트론스퍼터링 시스템(한국진공, 대한민국)을 사용하여 직경 2인치의 단결정 사파이어 기판 위에 A1N 박막을 증착하였다. 진공조를 로타리 펌프와 cryo 펌프를 이용하여 3.0xl0'6[toE까지 압력을 낮춘 다음, 기판과 타겟의 거리를 8[cm], RF 전원을 150[W], 기판 온도를 상 온, 질소분압비는 0.5, 증착 압력은 2[mTorr] 로 고정하고 증 착시간을 9시간, 18시간, 72시간으로 변화시키면서 A1N 박막을 증착하였다. AFM(Atomic Force Microscopy), SEM (Scanning Electron Microscope), XRD(X-ray diffracto- merer) 등을 이용하여 AIN 박막의 우선배향특성, 표면 거칠기 및 두께 등의 물성 변화를 분석하였으며 이러한 A1N 박막들을 이용하여 제 작한 SAW 소자의 특성 변화를 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 RF 마그네트론스퍼터링 시스템(한국진공, 대한민국)을 사용하여 직경 2인치의 단결정 사파이어 기판 위에 A1N 박막을 증착하였다. 진공조를 로타리 펌프와 cryo 펌프를 이용하여 3.
- 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박막의 SAW 속도와 실리콘 기판 위에 증착한 A1N 박막의 SAW 속도를 비교하기 위해서 실리콘 기판 위에 9시간 동안 약 2[㎛] 두께의 A1N 을 증착한 후 SAW 소자를 제작하고 특성을 분석하였으며 그 결과를 그림 7에 나타내었다. 실리콘 기판과 A1N 박막 사이에는 약 80[nm] 의 AI2O3 박막을 중간층으로 증착하였다. 본 연구에서 제작된 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박 막의 SAW 속도는 약 5480P%]였으며 실리콘 기판 위에 증 착한 A1N 박막의 SAW 속도는 약 5040P%]였다.
데이터처리
- 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박막을 이용하여 SAW 소자를 제작하기 위해 진공증발 증착장치(한국진공, 대한민국)를 이용하여 두께 2000IA] 의 A1 을 증착하고 사진 식각 공정을 이용하여 10[㎛]의 배선폭과 40[㎛]의 SAW 파장을 가지는 IDT를 제작하였다. 제작된 SAW 소자는 회로망 분석기 E8802A(Agilent, USA)를 이용하여 특성을 분석하였다.
이론/모형
- 2-port SAW filter를 AIN 박막 위에 구현하기 위하여 표 1과 같은 규격을 가지는 포토마스크를 제작하여 2단자 SAW filter를 제작하였다. 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박막 위에 제작한 SAW 소자 결과를 예측하기 위해서 COM(Coupling of Mode) 이론을 분석한 시뮬레이션을 수행하였다.[16] 시뮬레이션 결과 삽입 손실은 35[dB], 3-dB 밴드 폭은 2[MHz], 밴드 저지율은 25[dB]였다.
성능/효과
- 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박막을 이용하여 SAW 소자를 제작한 결과 548아:%]의 우수한 SAW 속도를 얻을 수 있었다. A1N 박막의 두께가 2.1[㎛]에서 18[㎛]로 증가하면 /'JN 박막의 전기 기계 결합 계수는 0.01[%]에서로 증가하는 경향을 보였으며 표면 거칠기의 rms값은 3.68[nm] 에서 45[nm]로 크게 나빠지는 경향을 보였다. 전기 기계 결합계수의 증가로 인해 SAW 소자의 삽입 손실 특성이 52[d3]에서 33[dB] 로 개선되었고 이로 인해 밴드 저지율 특성도 약 18[dB] 에서 약 25[dB]로 개선되는 결과를 나타내었으나 3-dB 밴드 폭은 거의 변화가 없었다.
- 실리콘 기판과 A1N 박막 사이에는 약 80[nm] 의 AI2O3 박막을 중간층으로 증착하였다. 본 연구에서 제작된 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박 막의 SAW 속도는 약 5480P%]였으며 실리콘 기판 위에 증 착한 A1N 박막의 SAW 속도는 약 5040P%]였다. 이러한 A1N 박막의 SAW 속도는 기존의 SAW 기판으로 사용되는 quartz 기판의 SAW 속도 3480[%], LiNbO3 기판의 SAW 속도 3994I1%] 보다 우수하였다.
- 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박막을 이용하여 SAW 소자를 제작한 결과 548아:%]의 우수한 SAW 속도를 얻을 수 있었다. A1N 박막의 두께가 2.
- 설계 시뮬레이션 값과 실제 측정값을 비교한 결과 3-dB 밴드폭과 밴드 저지율 특성은 설계값과 크게 다르지 않았지만 가입 손실은 설계값과 약 18[dB]의 차이를 보였다. 이렇게 큰 사이를 보이는 이유는 전기 기계 결합계수 값의 차이 때 문E 것으로 생각된다.
- [20] 실험적으로 얻은 전기 기계 결합계*를 이용하여 다시 시뮬레이션을 수행하면 그림 4와 같은 d계 결과를 얻을 수 있었다. 수정한 시뮬레이션 결과 삽입손실은 44.5dB, 3-dB 밴드폭은 2[MHz], 밴드 저지율은 26[c.B] 였다.
- 이러한 A1N 박막의 SAW 속도는 기존의 SAW 기판으로 사용되는 quartz 기판의 SAW 속도 3480[%], LiNbO3 기판의 SAW 속도 3994I1%] 보다 우수하였다. 실리콘과 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박막을 이용하여 제작한 40[㎛]의 파장을 가지는 SAW 소자의 특성을 측정한 결과 사파이어 기판을 이용한 경우 137DHM의 중심 주파수 특성을 보였고 실리콘 기 판을 이용한 경우 125[kHz]의 중심주파수 특성을 보였다.
- 본 연구에서 제작된 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박 막의 SAW 속도는 약 5480P%]였으며 실리콘 기판 위에 증 착한 A1N 박막의 SAW 속도는 약 5040P%]였다. 이러한 A1N 박막의 SAW 속도는 기존의 SAW 기판으로 사용되는 quartz 기판의 SAW 속도 3480[%], LiNbO3 기판의 SAW 속도 3994I1%] 보다 우수하였다. 실리콘과 사파이어 기판 위에 증착한 A1N 박막을 이용하여 제작한 40[㎛]의 파장을 가지는 SAW 소자의 특성을 측정한 결과 사파이어 기판을 이용한 경우 137DHM의 중심 주파수 특성을 보였고 실리콘 기 판을 이용한 경우 125[kHz]의 중심주파수 특성을 보였다.
- 68[nm] 에서 45[nm]로 크게 나빠지는 경향을 보였다. 전기 기계 결합계수의 증가로 인해 SAW 소자의 삽입 손실 특성이 52[d3]에서 33[dB] 로 개선되었고 이로 인해 밴드 저지율 특성도 약 18[dB] 에서 약 25[dB]로 개선되는 결과를 나타내었으나 3-dB 밴드 폭은 거의 변화가 없었다.
- 1 [㎛] 두께의 AIN/Sapphirezle 위에 제작한 2-단자 SAW 필터의 측정 결과이다. 측정 결과 삽입 손실은 약 53[dB], 3-dB 밴드폭은 약 1.7[MHz], 밴드 저지율은 약 18[dB] 의 값을 보인다,
후속연구
- 9[kHz]로 개선되었으며 밴드 저지율 특성은 크게 변 화하지 않았다. 그러나 박막의 두께가 증가하면 전기 기계 결합 계수는 증가하지만 표면 거칠기는 증가하므로 이로 인한 삽입 손실은 감소할 수밖에 없으며 이를 개선하기 위해서는 박막 증착 후 박막의 표면 거칠기를 감소시킬 수 있는 공정이나 표면 거칠기 특성을 개선할 수 있는 증착조건에 대한 깊은 연구가 있어야 한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.